大興安嶺中段二疊系地球化學特征及其成礦意義

摘要:二疊紀海相火山沉積巖系是大興安嶺中段出露的主要基底地層，是銅多金屬礦床的主要賦礦圍巖，其中成礦元素Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｓｎ均具有較高的豐度值，是形成礦床的重要物質來源，而不同礦床類型的時、空分布與早二疊世古構造沉積環境密切相關。成礦物質來源大興安嶺中段指的是阿爾山—龍江一線(北緯47°20′)至林東—天山北側(北緯44°)和霍林郭勒(東經118°45′)以東地區，是我國重要的且具有巨大找礦潛力的銅、鉛鋅、銀和稀有稀土元素成礦帶。在已知的134處銅多金屬礦床(點)中，90%以上賦存于二疊紀地層中。故對二疊紀地層地球化學的研究，對了解成礦元素地球化學背景、成礦控制因素以及礦產勘查具有重要的理論和實際意義。

關鍵詞: 大興安嶺中段 二疊紀地層 成礦元素豐度

1. 區域地質概況

1.1 構造演化概況

大興安嶺中段位于內蒙古東北部中—晚華力西—早石炭世褶皺帶的北東部。該褶皺帶是西伯利亞古板塊與中朝古板塊在晚泥盆世沿二連浩特—賀根山一線碰接、隆升后，于中石炭世復又裂陷成海，再經早二疊世末的晚華力西運動形成的。因此，本區除東南隅出露少許中石炭統碳酸鹽巖外，廣泛發育二疊系，特別是下二疊統，強烈的燕山期構造—巖漿作用伴隨較廣泛的銅多金屬成礦作用，賦存于二疊系，特別是下二疊統中。礦床的氫、氧同位素特征揭示有大量天水參與了成礦作用，而天水向深處運移過程中可能會從地層中萃取礦質。

1.2 二疊紀地層特征

二疊紀地層在全區廣泛出露，各地厚度和巖性變化較大，總體呈北東向展布，呈不規則復式背斜褶皺縱貫全區(圖1)。下二疊統總體為淺海—濱海相連續沉積，具明顯的三分性，由早至晚為碎屑巖—火山巖—碎屑巖夾碳酸鹽巖，具有典型的優地槽沉積特征。早二疊世早期的青風山組斷續出露在碧流臺、呼和哈德、察爾森一線，下部為雜砂礫巖、砂巖，上部為粉砂巖、黑色板巖，局部夾灰巖透鏡體，厚4628ｍ，碎屑粒度由下而上由粗變細，反映了海水逐漸變深的環境。早二疊世中期(大石寨期)，海水逐漸變深。由于地槽沉降速率的差異，出現3條近于平行的北東向海槽，發生規模較大、強度不一的火山噴發(溢)活動，形成了五岔溝—火龍溝、大石寨—黃合吐和魯北—天山3條火山噴發帶，發育中性、中酸性、酸性火山巖建造。這套火山巖系的巖性和厚度變化較大，其中以大石寨黃合吐一線的火山巖最為發育，厚達4607ｍ。在火山活動間歇期有正常碎屑巖夾碳酸鹽巖沉積。

在上述3條火山巖帶之間接受了一套淺海—濱海相陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖沉積，但兩個海盆有各自的特征和發展歷史，控制了本區不同礦床類型的產出和分布。索倫—浩布高海盆主要發育砂巖、板巖和灰巖，為淺海沉積環境，厚1991ｍ，含豐富的腕足、雙殼、苔蘚蟲、珊瑚和科等化石。燕山早期花崗巖類侵位于碳酸鹽巖內，形成了區內幾處最重要的矽卡巖型礦床，如神山小型鐵銅礦床，白音諾、浩布高大型鉛鋅(銅)礦床。烏蘭浩特—魯北海盆內沉積了一套砂礫巖、砂巖、板巖，僅局部夾灰巖透鏡體，厚1210ｍ，化石少見，產植物碎片，為海陸交互相環境。燕山早期花崗巖類侵位于下二疊統復理石建造中，形成了具有經濟價值的蓮花山和布敦化熱液脈型銅礦、斑巖型銅礦床及敖瑙達巴斑巖型銅銀錫礦床。

上二疊統為瀉湖—湖泊相沉積，主要由砂巖、板巖夾泥頁巖組成，厚3446ｍ，含大量淡水瓣鰓、葉肢介及植物化石，植物以安哥拉植物群為主。依二疊系上統的分布狀況，在區內及鄰區可圈定出索倫—老龍頭和林西—陶海營子兩個湖盆。值得指出的是，在研究區之南不遠處的上二疊統林西組砂頁巖中有大井子大型熱液型銀銅錫鉛鋅礦床。

各地帶的地層和巖石組合及其地球化學特征：根據上述各地層展布和巖石組合特征，將本區由北西至南東依次分為4個北東向的地帶(圖1)：(1)五岔溝—火龍溝地帶，發育下二疊統大石寨組海陸交互相中性、中酸性及酸性火山巖；(2)吳家屯—索倫地帶，發育下二疊統大石寨組、吳家屯組海相碎屑巖夾灰巖及上二疊統索倫組瀉湖相沉積巖；(3)大石寨—黃合吐地帶，發育下二疊統大石寨組鈣性、鈣堿性玄武巖、玄武安山巖、安山巖及流紋巖；(4)好田—新立屯地帶，發育下二疊統青風山組、大石寨組和吳家屯組淺海相碎屑巖及上二疊統瀉湖相砂、頁巖。(1)和(3)帶主要發育大石寨組鈣堿性火山巖，形成于火山弧環境，(2)和(4)帶除發育少量大石寨組和青風山組火山巖、砂頁巖外，主要發育早二疊世晚期和晚二疊世碎屑—泥質沉積巖，成為(1)與(3)及與南東側“火山弧”之間的盆地。

由于燕山期的銅多金屬礦床主要賦礦于(2)、(3)、(4)巖帶的二疊紀地層中，為了探討成礦作用與二疊紀地層的關系，特別是地層是否提供了部分成礦物質，我們對二疊紀地層進行成礦元素豐度的測定，采樣點遠離礦區，基本未受礦化蝕變影響。表1列出了經正態分布檢驗后的各地帶內各組地層中主要巖類的成礦元素豐度。

從表1和表2中看出二疊系各組地層的元素豐度有下列特征：

2.1.1、青風山組：本組地層中濃集系數大于1的元素依次為As、Sn、Ag、Ba、Zn、Pb，其中As、Sn、Ag濃集系數大于2。這些元素除Ba外均系金屬成礦元素，其余的如鐵族元素（Cr、Co、Ni、Ti、Mn等）和高價陽離子親石元素豐度均低于克拉克值。Cu的濃集系數為0.825，亦低于克拉克值，在富集的成礦元素中，特別在黃崗—甘珠爾廟—烏蘭浩特成礦帶中部地區，濃集系數較南部地區大，尤以Pb、Ag表現最為明顯。

2.1.2、大石寨組：濃集系數大于1的元素依次為As、Sn、Ag、Ba、Cr、Mn、Zn和Pb，其中主要為金屬成礦元素。鐵族元素除Cr、Mn外，濃集系數均大于1。在成礦帶內各地區成礦元素富集程度明顯不同，如Sn主要在礦帶南部區富集，中部及北部區濃集系數降低，Ag、Pb主要富集在中部區，其次為北部區，而Zn在各區相差不大，但以中部區相對富集。Cu在本組地層中濃集系數小于1，但在中部區含量有所不同，在南部區、中部區富集系數均為0.84，在北部區僅為0.45，既在南部區、中部區含量相對較高，而北部區明顯偏低。

2.1.3、黃崗梁組：富集系數大與1的元素依次為As、Ag、Pb、Zn、Ba、Mn，富集元素主要為親銅元素。鐵族元素除Mn外均低于克拉克。富集元素中，Ag、Pb主要富集在中部區，Sn、Zn在各地區含量相近。銅含量總體低于克拉克值，但在中部區含量接近克拉克值，北部區富集系數低至0.45。

2.1.4、上二疊統林西組：主要分布在南部區，從該區林西組元素的豐度資料看來，濃集系數大于1的元素依次為As、Sn、Ag、Ba、Zn、Cr、Mn、Cu、Y，富集元素與下二疊統相似，但銅的濃集系數卻大于1，既二疊系上統砂質碎屑巖中是相對富銅的。

青風山組富集元素為As、Ag、Sn，而Mo、Ni為貧化元素，其余為穩定元素，大石寨組As為特富集元素，Pb、Sn、Ag為富集元素，Ni為貧化元素，其余均為穩定元素。在黃崗梁組中As為特富集元素，Ba、Pb、Sn為富集元素，Ni為貧化元素，其余均為穩定元素。在林西組As、Ni為特富集元素，Sn、Ag、Mo、Cr為富集元素，其余均為穩定元素。由此可以看出，在二疊系中特富集元素是As富集元素是Sn、Ag、Pb，貧化元素只是Ni，其余均為穩定元素。

綜合上述二疊系各組地層元素豐度的資料，可得出二疊系地層中元素地球化學背景的如下結論：

等一、二疊系主要富集元素為As、Sn、Ag及Pb、Zn，前三個元素濃集系數均大于2，Pb濃集系數在1.5—2之間，Zn在1—1.5之間。

等二、鐵族元素Cr、V、Ti、Co、Ni的含量均低于克拉克值，其中Ni濃集系數低到0.5以下，屬貧化元素，Mn接近或略高于克拉克值。

等三、在二疊系各組地層中富集成礦元素的程度也明顯的差異，Sn、Ag在大石寨組含量最高，其次是黃崗梁組，而Pb在黃崗梁組濃集系數最大，其次是大石寨組，Cu則主要富集在林西組中，含量超過克拉克值。

等四、在同一組地層中，元素在空間上也有差異。Sn主要富集在南部區和中部區，Ag、Pb主要富集在中部區，其次是北部區，Zn在各區相差不大，但以中部區相對富集。Cu雖然低于克拉克值，但以中部區相對較高，濃集系數達0.8，而北部區Cu濃集系數僅為0.45。

2.2 二疊紀地層各類巖石元素的豐度

根據南、中部區巖石元素及濃集系數見表3和表4：

從表可以看出：

2.2.1、在細碧巖和玄武巖類基性巖中，金屬成礦元素Sn、Cu、Pb、Zn、Mo均大于克拉克值，其中以Zn、Sn、Cu含量為最高，濃集系數為3-7，Pb濃集系數為1-1.5之間，此外鐵族元素Cr、Ni、Co、V濃集系數均大于2。

2.2.2在安山巖中濃集系數大于1的元素主要為As、Sn、Ag、Pb、Zn、Cr，其中SnAg、As濃集系數大于2。Pb、Zn濃集系數在1-2之間。Cu的濃集系數為0.61，低于地殼的平均含量。

2.2.3在砂巖類巖石中濃集系數大于1的元素有As、Sn、Ag、Pb、Zn，其中Sn、Ag濃集系數大于2，鐵族元素含量均低于克拉克值。

2.2.4粘土巖類是沉積物中相對富集金屬成礦元素的的層位，其中Sn濃集系數大于3，Ag大于2，Pb、Zn大于1，Cu為0.95，接近克拉克值。

2.2.5凝灰巖在本區出露較少，與粘土巖相比，Ag、Zn含量均甚相近，但從Sn、Cu、Pb則明顯偏低；與安山巖相比，Ag相近，但Sn、Pb、Zn較安山巖為低，而Cu偏高，從成礦元素看，占據安山巖與粘土巖的中間位置。

2.2.6碳酸鹽巖中除Ag、Sn濃集系數大于1外，其余元素含量均低于克拉克值。

從上述各類巖石元素含量特征可看出本區金屬成礦元素的原始含量情況：

第一、Ag是本區各類巖石中濃集系數大于1的元素，且在各類巖石均甚相近，濃集系數在2、2-2.5之間，表明Ag在各類巖石中分布較均勻，且含量均較高。

第二、Sn在各類巖石中的濃集系數在1.4—7.5之間，其中以細碧巖、玄武巖、安山巖含量最高，濃集系數大于4.5，在碎屑巖中Sn的濃集系數為2—3，表明巖層中Sn部分來自地幔和下地殼，部分來自大陸地殼。

第三、Pb、Zn除碳酸鹽巖在各類巖石中含量均大于克拉克值，濃集系數在1-3之間，其中Pb主要富集在長石砂巖和安山巖中，Zn主要富集在基性和中基性火山巖中，表明地除中的Zn主要來源于深部。

第四、Cu在各類巖石中普遍較低，但在細碧巖和玄武巖中濃集系數大于1，在細碧巖中濃集系數達到3以上，說明本區個別巖石是富銅的。

第五、本區各類巖石中均含金屬成礦元素，其濃集系數Sn為3-6，Ag為1-2，Pb為1-2，Zn為1-5，Cu在安山巖中接近1，但在上二疊統碎屑巖中則大于1，這充分表明本區各巖石均富含金屬成礦元素，但富集程度不同而已。

2.3 二疊紀地層中元素組合分析

2.3.1在南部區，24種元素可分為三大族群，主要金屬成礦元素分屬不同的族群中，如旁邊、在同一族群中，但相關系數不高，Cu、Co、Ni、V|Ti等鐵族元素在同一族群中，反映基性巖元素組合，Sn、Zn在同一族群中，相關系數亦較低。上述分布特征表明，成礦元素在地層中除銅外均超過克拉克值，但在地層不同巖石類型中，富集程度并不相同，故相關程度甚低。

2.3.2在中部區，Pb、Zn、Ag三元素相關性甚佳，其相關系數在0.75以上，同時與As、Cd相關，相關系數為0.55。Sn與Pb、Zn、Ag的相關性較弱，但仍在同族群中。Cu具有獨立性，與Mo相關。在本區成礦元素Pb、Zn、Ag常共生，在一定程度上還有Sn，與礦床中礦石元素組合類似，反映了地層提供了成礦物質。

2.3.3在北部區元素亦分為三達族群。其中Pb、Zn、Ag屬同一族群中，但相關性不強，Ag、Pb相關系數僅為0.13。Sn、Cu均屬于單獨的族群，Cu與鐵族元素相關性性強，Sn與親石元素Ca、Sr、Y等在同一族中，反映北區地層中成礦元素Sn、Cu與Pb、Zn、Ag三元素分布的情況，但Pb、Zn、Ag確有共同的富集特點。

上述結果表明Pb、Zn、Ag有共同來源，地層是主要來源之一，Sn來源于地層，但具有一定的獨立性。Cu與Pb、Zn、Ag完全不同，其來源可能與地層關系不大。

結束語

上述關于二疊紀地層剖面的元素豐度、元素組合、元素分布型式、濃集系數與地層形成環境的關系研究，揭示了大興安嶺中段主要成礦元素來源、富集程度具有復雜多樣性以及礦床種類和類型在一定程度上受控于賦礦圍巖(地層)的特征。銅、鋅在本區下二疊統變質砂巖中的濃集系數最高，而大石寨—黃合吐地帶火山巖建造中，有銅、銀的初始富集。前者被燕山早期同熔型花崗巖類侵位，形成熱液脈型和斑巖型銅礦床，地層的成礦元素組合與巖體和礦床的成礦元素組合相對應，地層為礦床形成提供了部分銅、鋅。后者則顯示了火山作用成礦信息。鉛、銀在下二疊統各類巖石中均有較高的豐度值，尤其是銀多為富集元素，且鉛與銀密切相關，具同源特征，因而推斷下二疊統可能是鉛、銀的礦源層。鉛、鋅、銀多金屬礦床的成因類型，在空間分布上，受控于賦礦圍巖的性質。

在大石寨—黃合吐火山島弧北側，碳酸鹽類發育，與侵入巖接觸帶上形成數處矽卡巖型礦床，如白音諾、浩布高大型鉛鋅礦；而南側以正常碎屑巖為主，缺乏碳酸鹽類，則以熱液脈型和斑巖型礦床為主，如蓮花山銅礦、布敦化銅礦床。氫、氧同位素特征揭示有大量的天水參與了成礦作用，因而，在熱液環境作用下，地層本身就可提供成礦物質。初步認為：下二疊統是成礦的物質基礎，而燕山期巖漿侵入是成礦關鍵。

參考文獻：

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